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计算机三级网络技术
计算机全国等级考试三级网络技术，已更新到第二章。
编辑于2020-09-17 09:23:05
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全国计算机等级考试三级教程——网络技术
第一单元 网络规划与设计
1. 网络系统结构与设计的基本原则
1.1. 基础知识
1.1.1. 计算机网络的分类
I. 局域网(Local Area Network,LAN)
I.1. 从局域网应用的角度来看
1. 局域网覆盖有限的地理范围，它适用于机关、校园、工厂等有限范围内的计算机终端与各类信息处理设备联网的需求。
2. 局域网提供高数据传输速率(10Mbps~100Gbps)、低误码率的高质量数据传输环境。
3. 局域网一般属于一个单位所有，组建的成本低，易于建立、维护与扩展，一般是自建自管自用。
I.2. 从介质访问控制方法的角度来看
共享介质式局域网
交换式局域网
I.3. 从使用的传输介质类型的角度来看
使用有线介质的有线局域网
使用无线通信信道的无线局域网
II. 城域网（ Metropolitan Area Network,MAN）
II.1. 城市区域网络简称为城域网
II.2. 城域网是介于广域网与局域网之间的一种高速网络。
II.3. 设计目标是满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司的多个局域网的互联需求，以实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种信息的传输。
III. 广域网（ Wide Area Network,WAN）
III.1. 广域网又称为远程网,所覆盖的地理范围从几十公里到几千公里
III.2. 广域网可以覆盖几个国家或地区，甚至横跨几个州，形成国际性的远程计算机网络。
III.3. 建设投资很大，管理困难，一般是由电信运营商负责组建与维护。
1.1.2. 计算机网络结构的特点
早期的计算机网络主要是广域网。
广域网的结构
负责数据处理的主计算机与终端。
负责数据通信处理的通信控制处理设备与通信线路。
从逻辑功能上划分
资源子网
由主计算机系统、终端、终端控制器、联网外部设备、各种软件资源与信息资源等组成。
负责全网的数据处理业务，负责向网络用户提供各种网络资源与网络服务。
通信子网
组成
通信控制处理机
在网络拓扑结构中被称为网络节点。
一方面，它作为与资源子网的主机、终端的连接接口，将主机和终端连入网络。
另一方面，他作为通信子网中的分组存储转发节点，完成分组的接受、检验、存储、转发等功能，实现将原主机报文准确发送到目的主机的作用
在早期的ARPANET中承担通信控制处理机功能的设备是接口报文处理机（Interface Message Processor,IMP）, IMP是路由器的雏形。
通信线路
为通信控制处理机与通信控制处理机、通信控制处理机与主机之间提供通信信道
计算机网络采用多种通信线路，例如电话线、双绞线、同轴电缆、光纤、无线通信信道、微波与卫星通信信号等。
其他通信设备
1.1.3. 广域网技术的发展
I. 广域网是一种公共数据网络（ Public Data Network,PDN）
II. 广域网技术研究的重点是宽带核心交换技术
公共电话交换网（PSTN）
综合业务数字网（ISDN）
数字数据网（DDN）
是一种基于点——点连接的窄带公共数据网。
X.25分组交换网
1974年出现
帧中继（Frame Replay,FR）网
异步传输模式（Asynchronous Transfer Mode,ATM）网
GE(Gigabit Ethernet,千兆以太网)与10GE的光以太网（Optical Ethernet）
1.1.4. 局域网技术的发展
应用是推动局域网技术发展的真正动力。
1980年左右，以太网（Ethernet）与令牌环（Token Ring）网络、令牌总线（Token Bus）网络三足鼎立。
以太网技术的发展有三个方向
1. 提高以太网的数据传输速率，从10 Mbps提高到100 Mbps。
2. 将一个大型局域网划分成多个用网桥或路由器互联的网络，该项技术促进了局域网互联技术的发展。
3. 将共享介质方式改为交换方式，该项技术促进了交换式局域网技术的发展。
交换局域网的核心设备是局域网交换机
两类局域网
共享式局域网
交换式局域网
1.1.5. 城域网技术的发展
I. 城域网概念的演变
Internet的广泛应用推动了计算机网络与电信网络技术的迅猛发展，引起了电信业从语音业务为主，向基于IP网络、数据业务的综合数字业务类型的演变。
以光纤为传输介质，能够提供45Mbps到150Mbps高传输速率,支持数据、语音、图形与视频综合业务数据传输，可以覆盖跨度在50km到100km的城市范围，实现高速宽带传输的数据通信网络。
光纤分布式数据接口 FDDI
目的是为了实现高速、高可靠性和大范围局域网连接。
采用光纤作为传输介质，传输速率为100Mbps，可以用于100km范围内的局域网互联。
II. 宽带城域网建设对传输网络和服务业务的影响
局域网、城域网与广域网在技术上的界限变得越来越模糊了。
电信传输网技术与计算机网络技术的界限变得越来越模糊了
电信服务业务与internet应用的界限变得越来越模糊了。
电信传输网、计算机网络与广播电视网之间的界限变得越来越模糊了。
III. 城域网发展的主要业务
推动城域网发展的应用和业务主要有
1. 大规模internet接入的需求与交互式应用。
2. 远程办公、视频会议、网上教育等新的办公与生活方式。
3. 数字电视、视频点播以及由此引起的新的服务。
4. 家庭网络的应用。
业务
1. 高速上网服务
2. 网络互联服务
3. 电子政务与电子商务服务。
4. 智能社区服务
5. 网上教育与远程医疗服务
6. 带宽与管道出租服务
1.2. 实训任务
1.2.1. 实训任务一：宽带城域网的结构
I. 宽带城域网的逻辑结构
I.1. 三个平台
管理平台
业务管理系统
网络管理系统
业务平台
Voice
Video
IP data
IDC
VPN
网络平台
核心交换层
主要承担高速数据交换的功能
边缘汇聚层
主要承担路由与流量汇聚的功能
用户接入层
主要承担用户接入与本地流量控制的功能
I.2. 一个出口
城市宽带出口
II. 网络平台的层次结构
II.1. 采用层次结构的优点：结构清晰，各层功能实体之间的定位清楚，接口开放，标准规范，便于组建和管理。
III. 核心交换层、边缘汇聚层与用户接入层的主要功能
III.1. 核心交换层的基本功能
1. 核心交换层将多个汇聚层连接起来，为汇聚层的网络提供高速分组转发，为整个城域网提供一个高速、安全与具有QoS保障能力的数据传输环境。
2. 核心交换层实现与主干网络的互联,提供城市的宽带IP数据出口。
3. 核心交换层提供宽带城域网的用户访问internet所需要的路由服务。
核心交换层结构设计重点考虑的是它的可靠性、可扩展性与开放性。
III.2. 汇聚层的基本功能
1. 汇接接入层的用户流量，进行数据分组传输的汇聚、转发与交换。
2. 根据接入层的用户流量进行本地路由、过滤、流量均衡、QoS优先级管理，以及安全控制、IP地址转换、流量整形等处理。
3. 根据处理结果把用户流量转发到核心交换层或在本地进行路由处理。
III.3. 接入层的基本功能
1. 解决的是“最后一公里”问题。
2. 通过各种接入技术，连接最终用户，为他所覆盖的范围内的用户提供访问internet以及其他的信息服务。
城域网设计的一个重要出发点是：在降低网络造价的前提下，系统能够满足当前的数据交换量，使用的用户数和业务类型的要求，并具有可拓展的能力。
1.2.2. 实训任务二：宽带城域网组建的基本原则
必须能保证网络的可用性、可管理性、可营利性和可扩展性
1. 宽带城域网的可运营性
2. 宽带城域网的可管理性
网络管理能力
电信级接入管理
包括对用户的开户、销户和用户权限的保护。
业务管理
要支持多ISP、基于IP的虚拟专网VPN等各种增值业务
网络安全
要保证系统、设备安全和用户安全
计费能力
宽带城域网必须提供根据使用时间、流量、业务等多种方式的计费手段，支持对固定用户和流动用户的计费
IP地址分配
宽带城域网必须具备IP地址分配能力，能够支持动态和静态地址分配，支持网络地址转换nat功能。
QoS保证
宽带程序必须能够为用户提供带宽保证，实现流量工程，提供个性化用户策略的QoS保证
宽带城域网一定要能够提供设备管理和网络管理，可以向用户提供基于业务的管理，如虚拟专用网VPN管理，最终实现分级别、分权限和分区域的网络管理
3. 宽带城域网的可营利性
1. 首先要确定如何能够开展internet接入业务、数字专项业务、话音业务、视频与多媒体业务、内容提供业务等
2. 定位客户群首先要区分高价值用户和普通用户
宽带城域网用户包括商业用户和个人用户。
3. 建设可盈利宽带城域网的另一重要方面是培育和构建合理的宽带价值链
4. 宽带城域网的可扩展性
1.2.3. 实训任务三：管理和运营宽带城域网的关键技术
1. 带宽管理
城域网的建设必须经过现有的带宽管理能力与未来的扩充能力
2. 服务质量QoS
网络服务质量表现在延时、抖动、吞吐量和包丢失率等几个方面。
保证服务质量QoS要求的技术主要有
资源预留（RSVP）
区分服务（DiffServ）
多协议标记交换（MPLS）
3. 网络管理
带内网络管理
利用传统的电信网络进行网络管理称为“带内”
是指利用数据通信网（DCN）或公共交换电话网（PSTN）拨号，对网络设备进行数据配置。
带外网络管理
利用IP网络及协议进行网络管理的则称为“带外”
是指利用网络管理协议（SNMP）建立网络管理系统，实时采集网络数据，产生告警信息，显示网络拓扑，分析各类通信数据，供网络管理人员了解、维护网络设备与系统运行状态。
同时使用带内和带外网络管理
对汇聚层及其以上设备采取带外管理，而对汇聚层以下采用带内管理。
4. 用户管理
用户认证与接入管理
计费管理
5. 多业务接入
低速专线
帧中继
局域网接入
企业vpn
IP电话
视频点播
6. 统计与计费
利用网络管理协议（SNMP）和的管理信息库（MIB）来实现
计费可以是包月方式或计时方式，也可以按流量计费。
7. IP地址的分配与地址转换
8. 网络安全
1.2.4. 实训任务四：构建宽带城域网的基本技术与方案
1. 基于SDH技术的城域网
2. 基于10G Ethernet技术的宽带城域网
以太网
能够覆盖从几十米到100km的范围。
它的物理层始终是以双绞线为主，光纤为辅
以太网技术存在的不足
不能提供端到端的包延时和包丢失率控制，不支持优先级服务，不能保证qos。
不能分离网管信息和用户信息
不具备对用户的认证能力，按时间和流量计费困难。
光以太网
可运营光以太网的设备和线路必须符合电信网络99.999%的高运行可靠性。
1.能够根据终端用户的实际应用需求分配带宽，保证带宽资源充分合理的应用。
2.具有认证与授权功能
3.提供计费功能
4.支持vpn和防火墙，可以有效的保证网络安全
5.支持MPLS,具有一定的服务质量保证,提供分等级的QoS网络服务。
6.能够方便、快速、灵活的适应用户和业务的扩展
3. 基于弹性分组环RPR技术的城域网
弹性分组环（Resilient Packet Ring,RPR）是一种用于直接在光纤上高效传输IP分组的传输技术。
他的工作基础是Cisco公司提出的动态分组传送（Dynamic Packet Transport,DPT）技术。
环形结构是目前城域网的主要拓扑机构
在RPR环中，两个RPR节点之间的裸光纤的最大长度可以达到100km
RPR将沿顺时针传输的光纤环叫做外环,将沿逆时针传输的光纤环叫做内环
RPR技术的特点
1. 带宽的利用率高
2. 公平性好
3. 快速保护和恢复能力强
RPR采用自愈环的设计思想,能够在50ms的时间内隔离出现故障的节点和光纤段
4. 保证服务质量
1.2.5. 实训任务五：网络接入技术与方法
1. 接入网技术发展的背景
2. 接入服务的界定
为internet内容提供商（ICP）提供internet接入服务，他们利用internet从事信息提供网上交易，在线应用等服务。
为普通上网用户提供internet接入服务，这类用户需要上网获得相关服务。
3. 接入技术与“数字汇聚”“三网融合”
可以作为用户接入网的主要有三类
计算机网络
电信通信网
广播电视网
接入网的接入方式主要五类
地面有线通信系统
无线通信和移动通信网
卫星通信网
有线电视网
地面广播电视网
4. 宽带接入技术的基本类型
用户接入的角度
接入技术
有线接入
无线接入
接入方式
家庭接入
校园接入
机关与企业接入
实现技术的角度
接入技术
数字用户线xDSL技术
光纤同轴电缆混合网HFC技术
光纤接入技术
无线接入技术
无线局域网接入
无线城域网接入
无线Ad hoc接入
局域网接入技术
5. 各种接入技术的特点
1. 数字用户线xDSL接入技术
1. 相比其他的宽带接入技术插xDSL的技术优势
1. 能够提供足够的带宽以满足人们对多媒体网络应用的需求
2. 性能和可靠性有明显的优势
3. 利用现有的电话筒双绞线，能够平滑地与人们现有的网络进行连接，是比较经济的接入方案之一
2. xDSL技术分为
1. 非对称数字用户线（Asymmetric Digital Subscriber Line,ASDL）
2. 高比特率数字用户线（High bit rate DSL,HDSL）
3. 速率自适应数字用户线（Rate adaptive DSL,RADSL）
4. 正高比特率数字用户线（Very High bit rate DSL,VDSL）
2. 光纤同轴电缆混合网HFC的基本概念
1. 光纤同轴电缆混合网HFC的基本结构
双向传输系统
光纤节点将光纤干线与同轴分配线相互连接
它的主要缺点在于存在回传信道的干扰，多用户对有线带宽资源的征用出现拥塞，可能会影响接入速率。
2. 电缆调制解调器（Cable Modem）的分类
Cable Modem把用户计算机与有线电视同轴电缆连接起来
Cable Modem利用频分复用的方法，将双向信道分为
从计算机终端到网络方向称为上行信道
从网络的计算机终端分析称为下行信道
Cable Modem分为几种类型
从传输方式可以分为双向对称式传输和非对称式传输。
从数据传输方向上可以分为单向、双向两类
从同步方式上可以分为同步和异步交换两类
同步交换类似于Ethernet
异步交换类似于ATM技术
从接入的角度可以分为个人Cable Modem和宽带多用户Cable Modem
从接口的角度可以分为外置式、内置式和交互式机顶盒三种
3. 光纤接入技术
光接入技术有着广阔的应用前景
无源光网络（Passive Optical Network,PON）
以ATM为基础的宽带无源光网络（APON）
光纤接入概念
光纤到路边（Fiber To The Curb,FTTC）
光纤到小区（Fiber To The Zone,FTTZ）
光纤到大楼（Fiber To The Building,FTTB）
光纤到办公室（Fiber To The Office,FTTO）
光纤到户（Fiber To The Home,FTTH）
无源光纤网PON
OC-3,155.520Mbps的对称业务
上行 OC-3,155.520Mbps,下行OC-12,622.080Mbps的不对称业务
APON系统是PON和ATM相结合的产物，优点：
1. 系统稳定、可靠
2. 可以适应不同带宽、传输质量的需求
3. 与有线电视CATV网络相比，每个用户可占用独立的带宽，而不会发生拥塞。
4. 接入距离可以达到20~30km
4. 宽带无线接入技术
1. 无线接入技术的分类与应用
802.11标准的无线局域网（WLAN）接入
重点在于解决局域网范围内的移动节点通信问题
802.16标准的无线城域网（WMAN）接入
重点是解决建筑物之间的数据通信问题
Ad hoc接入技术
2. 802.16标准与无线城域网WMAN
3. 802.11标准与无线局域网WLANM
子主题
802.11定义了使用红外、跳频扩频与直序扩频技术，传说速率从1Mbps、2Mbps、5.5Mbps与11Mbps的无线局域网标准
4. 无线网格网WMN技术
Ad hoc技术有两个发展方向
一是军事和特定行业发展和应用，在此基础上产生了无线传感器网络 WSN
另一个是向民用的接入网领域发展，出现了无线网格网WMN
一个区域的无线接入，可以使用蜂窝移动通信系统或无线局域网
2. 中小型网络系统总体规划与设计方法
2.1. 基础知识
2.1.1. 基于网络的信息系统基本结构
1. 网络运行环境
网络运行环境是指保障网络系统安全、可靠与正常运行所必须的基本设施与设备条件。它主要包括机房和电源两个部分
1. 机房和设备间、配线间
2. 电源供电
2. 网络系统
网络传输基础设施
根据距离、带宽、电磁环境与地理环境的要求完成的室内结构化布线系统、建筑物结构化布线系统、城域网主干光缆系统，广域网传输系统、微波通信系统和卫星通信系统等。
网络设备
网络设备包括路由器、交换机、网关、网桥、集线器、中继器、收发器、网卡、Modem和远程通讯服务器等
3. 网络操作系统
Windows NT Server和Windows 2000 Server操作系统、NetWare操作系统、UNIX操作系统与Linux操作系统
4. 网络应用软件开发与运行环境
1. 网络数据库管理系统
2. 网络软件开发工具
3. 网络应用系统
5. 网络管理与网络安全系统
2.1.2. 网络系统组建工程的阶段划分
2.1.3. 网络需求调研与系统设计的基本原则
1. 从充分调查入手，充分理解用户业务活动和用户信息需求
2. 在调查、分析的基础上，再充分考虑需求与约束（经费、工作基础与技术等方面）的前提之下，对网络系统组建与信息系统开发的可行性进行充分的论证，避免盲目性
3. 运用系统的观念，完成网络工程技术方面的规划和设计
4. 根据工程时间的要求，将网络系统组建的任务按照设计、论证、实施、验收、用户培训、维护的不同阶段进行安排，大型网络系统的建设，需要聘请专业的监理公司对项目执行的全过程进行监理。
5. 强调各阶段文档资料的完整性与规范性。
2.2. 实训任务
2.2.1. 实践任务一：网络用户调查与网络工程需求分析
1. 网络用户调查
1. 网络用户调查
2. 网络应用需求调查
2. 网络节点地理位置分布情况
1. 用户数量及分布的位置
2. 建筑物内部结构情况调查
3. 建筑物群情况调查
3. 应用概要分析
1. Internet/Internet服务
1. Web服务
2. E-Mail服务
3. FTP服务
4. IP电话服务
5. 网络电视会议服务
6. 电子商务服务
7. 公共信息资源的在线查询服务
2. 数据库服务
1. 关系数据库管理系统（RDBMS）
2. 非结构化数据库管理系统
3. 企业专用管理信息系统
3. 网络基础服务系统
1. 网络管理和服务软件,如DNS服务和SNMP网管软件。
2. 网络安全管理软件，如ca认证服务与防火墙软件等。
4. 网络需求详细分析
1. 网络总体需求分析
2. 结构化布线需求分析
3. 网络可用性与可靠性分析
4. 网络安全性需求分析
5. 网络工程造价估算
2.2.2. 实训任务二：网络总体设计基本方法
1. 网络工程建设总体目标与设计原则
网络系统设计的原则是实用性、开放性、高可靠性、安全性、先进性与可扩展性。
2. 网络结构与拓扑结构设计方法
3. 核心层网络结构设计
采取链路冗余的办法直接连接两台核心服务器
优点：直接利用了核心路由器的带宽
缺点：占用比较多的核心路由器端口，而高端路由器端口价格高使得设备成本上升。
采取专用服务器交换机，同时采用链路冗余的办法，间接的连接两台核心服务器。
优点：可以分担核心路由器的带宽
缺点：容易形成带宽瓶颈，并且存在单点故障的潜在危险。
4. 汇聚层网络与接入层网络结构设计
2.2.3. 实训任务三：网络关键设备选型
1. 网络关键设备选型的基本原则
1. 产品系列与厂商的选择
2. 网络的可扩展性考虑
3. 网络技术先进性考虑
2. 路由器选型的依据
1. 路由器的分类
高端路由器
背板交换能力大于40Gbps
中端路由器
低端路由器
背板交换能力低于40Gbps
2. 路由器的关键技术指标
1. 吞吐量
指路由器的包转发能力
2. 背板能力
3. 丢包率
4. 延时与延时抖动
5. 突发处理能力
6. 路由表容量
7. 服务质量
8. 网管能力
9. 可靠性与可用性
可靠性与可用性的表现
设备的冗余
接口冗余
电源冗余
系统版冗余
时钟板冗余
整机设备冗余
热拔插组件
无故障工作时间
内部时钟精度
可靠性与可用性的指标
1. 无故障连续工作时间（MTBF）大于10万个小时。
2. 系统故障恢复时间小于30分钟
3. 系统具有自动保护切换功能，主备用切换时间小于50毫秒
4. SDH与ATM接口自动保护切换功能，切换时间小于50毫秒
5. 主处理器，主存储器，交换矩阵，电源，总线管理器，有网络管理接口等主要部件需要有热拔插容易备份线卡要求有备份并提供远程测试诊断能力。
6. 路由器系统内部不存在单故障点
3. 交换机分类与主要技术指标
1. 交换机的分类
1. 从所支持的技术类型分类
2. 从内部结构分类
固定端口交换机
模块式交换机
3. 从应用规模分类
企业级交换机
部门级交换机
工作组级交换机
2. 交换机的主要指标
1. 背板能力
2. 全双工端口带宽
全双工端口带宽的计算方法：端口数x端口速率x2
3. 帧转发速率
指交换机每秒钟能够转发的帧的最大数量
4. 机箱式交换机的扩张能力
5. 支持VLAN能力
2.2.4. 实训任务四：网络服务器选型
1. 网络服务器的分类
1. 网络服务器从应用的角度的分类
文件服务器
数据库服务器
Internet/Intranet通用服务器
应用服务器
2. 网络服务器从主机硬件角度的分类
3. 按网络应用规模分类
4. 服务器采用的相关技术
3. IP地址规划设计技术
4. 路由设计基础
第二单元 局域网组网技术
第三单元 计算机网络信息服务系统的建立
第四单元 计算机网络安全与管理